一、物体热膨胀演示仪器概述

　　热学现象与物体的温度变化密切相关，对于高温状态下的金属、非金属材料，其热膨胀系数很小，难以用眼睛直接观察物理过程，需要用专业的热膨胀系数测定仪测量物体在受热过程中的膨胀和收缩性能。现有的热膨胀实验测量方法与使用的仪器主要分为三种：一是光学法，包括光杠杆式膨胀仪、光干涉法膨胀仪;二是电测法，包括电感式膨胀仪、电容式膨胀仪;三是机械法，包括千分表式膨胀仪、杠杆式膨胀仪。这些实验仪器大多结构复杂，仪器设备与检测价格昂贵，主要应用于科研院所、工矿企业、高等院校等单位的专业实验检测，使用对象一般是专业工程技术人员，不适合作为中学的科学教育仪器，青少年也难以掌握复杂的检测技术，无法大面积推广和应用。

　　目前各级教育机构与中学配备的金属热膨胀演示仪器(图1)主要采用杠杆式膨胀法(光杠杆法)，通过加热金属棒推动杠杆，杠杆推动轮轴的二级传动放大机构，利用指针偏转把物体膨胀现象放大。尽管指针尖端的位移距离与金属膨胀长度之比可以达到30︰1，但是金属膨胀现象依旧不明显，演示时间较长。例如某型号的金属热膨胀演示仪器需放置在室内无风、常温条件下，还需酒精灯加热3分钟，才能使指针最小偏转角不小于15度。

　　二、自制物体热膨胀演示仪器的设计与应用

　　三、结语

　　自制物体热膨胀演示仪器基于对中小学校物理实验教学仪器的使用需求和现状分析，针对物体热膨胀现象的实验原理，将物体受热膨胀现象转换为仪器指针角度变化，不同于现有检测方法，同时改善了热膨胀过程中肉眼无法察觉微小体积变化的不足。实验设计将物体受热发生微小膨胀的现象，及时转换为指针的竖直偏转，有利于观察现象，增加了实验的直观体验，精度也高于以往的杠杆推动轮轴二级传动放大机构。由于指针(金属丝的垂直部分)较长，因此即使是微小的转动角度，也能显示较大的弧长，这提高了测量精度和实验灵敏度。此外，自制仪器支持更换被测物件，操作简单方便，且不受物体材质的影响，可用于检测常见的金属、非金属等物质，实现多个热学实验的操作演示，开展定性与定量实验。

　　参考文献

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　　[2] 杨卫卫.热声振荡可视化演示装置的研制及初步实验[J].真空与低温,2003(3):179-182.

　　[3] 陈国邦.热声振荡及其在制冷中的应用[J].低温与特气,1996(4):55-60.

　　[4] 孔博.热声驱动的脉管制冷实验研究[D].杭州:浙江大学,2004:3.

李耀俊1 苏艳春2　1.广西民族大学数理学院　2.广西壮族自治区南宁市明天学校